Biofísica

La biofísica es la ciencia que estudia la biología con los principios y métodos de la física para describir los fenómenos físicos del actuar de las células y organismos vivos. Incluye la biomecánica, el bioelectromagnetismo, así como la aplicación de la termodinámica y otras disciplinas a la comprensión del funcionamiento de los sistemas biológicos. Un intento reciente incluye la aplicación de mecánica cuántica y su carácter probabilístico de la a sistemas biológicos, lo que permite obtener métodos puramente físicos para la explicación de propiedades biológicas.

Se discute si la biofísica es una rama de la física, de la biología o de ambas. Se puede decir que el intercambio de conocimientos es únicamente en dirección a la biología, ya que esta se ha ido enriqueciendo de los conceptos físicos y no viceversa. Desde un punto de vista se puede concebir que los conocimientos y enfoques acumulados en la física «pura» se pueden aplicar al estudio de sistemas biológicos. En ese caso la biofísica le aporta conocimientos a la biología, pero no a la física. Sin embargo, la biofísica ofrece a la física evidencia experimental que permite corroborar teorías. Ejemplos en ese sentido son la física de la audición, la biomecánica, los motores moleculares, comunicación molecular, entre otros campos de la biología abordada por la física. La biomecánica, por ejemplo, consiste en la aplicación de conceptos de la dinámica clásica y la mecánica de sólidos deformables al comportamiento cinemático, dinámico y estructural de las diferentes partes del cuerpo.

El término biofísica fue introducido originalmente por Karl Pearson en 1892. El término biofísica también se utiliza regularmente en el ámbito académico para indicar el estudio de las cantidades físicas (por ejemplo, corriente eléctrica, temperatura, estrés, entropía) en los sistemas biológicos. Otras ciencias biológicas también investigan las propiedades biofísicas de los organismos vivos, como la biología molecular, la biología celular, la biología química y la bioquímica.

Se estima que durante los inicios del , la confluencia de físicos, biólogos y químicos a los mismos laboratorios aumentará. Los estudios en neurociencia, por ejemplo, han aumentado y cada vez han tenido mayores frutos desde que se comenzó a implementar las leyes del electromagnetismo, la óptica y la física molecular al estudio de las neuronas.

Otros estudios consideran que existen ramas de la física que se deben desarrollar a profundidad como problemas físicos específicamente relacionados con la materia viviente. Así, por ejemplo, los polímeros biológicos (como las proteínas) no son lo suficientemente grandes como para poderlos tratar como un sistema mecánico, a la vez que no son lo suficientemente pequeños como para tratarlos como moléculas simples en solución. Los cambios energéticos que ocurren durante una reacción química catalizada por una enzima, o fenómenos como el acoplamiento químico-osmótico parecen requerir más de un enfoque físico teórico profundo que de una evaluación biológica.

Entre esos dos extremos aparecen problemas como la generación y propagación del impulso nervioso donde se requiere un pensamiento biológico, más un pensamiento físico así como algo cualitativamente nuevo que aparece con la visión integradora del problema.

Una subdisciplina de la biofísica es la dinámica molecular, que intenta explicar las propiedades químicas de las biomoléculas a través de su estructura y sus propiedades dinámicas y de equilibrio.

Áreas de la biofísica

Biomecánica

Bioacústica 
La bioacústica es una ciencia multidisciplinaria que combina la biología y la acústica. Usualmente se refiere a la investigación de la producción del sonido, su dispersión a través de un medio y su recepción en animales (incluyendo los humanos). Esto envuelve el énfasis neurofisiológico y anatómico de la producción y detección del sonido y la relación de las señales acústicas con el medio en el que se transmiten. Estos hallazgos han dado evidencia acerca del diseño inteligente de los mecanismos acústicos y de alguna manera de los animales que los utilizan.
En la acústica marina este término también es utilizado para nombrar el efecto de plantas y animales en la propagación del sonido bajo el agua, usualmente se refieren al uso del sonar para la estimación de biomasas

Motores moleculares

Dinámica proteica 
Estudio de movimientos moleculares de proteínas relacionados con su estructura, plegamiento o función.

Comunicación molecular 
La transmisión y recepción de información por medio de las moléculas.

Aspectos teóricos
La biofísica pretende explicar los fenómenos biológicos mediante las mismas leyes que se aplican al resto del mundo. En este sentido, es la descendiente directa de la fisiología de principios del siglo XX. Como ocurre con muchos otros sistemas complejos (plasmas, superconductores...), los biofísicos tratan de desarrollar teorías adaptadas a los fenómenos típicos del mundo vivo. En muchos casos, esas teorías ponen de relieve ciertos puntos comunes entre observaciones "a priori" muy diferentes y abren nuevas perspectivas. Los organismos vivos figuran entre los sistemas físicos más complejos y variados de que disponemos. Sin embargo, existe una notable unidad a nivel celular, ya puesta de manifiesto por las primeras observaciones de células al microscopio (Schleiden 1838, Schwann 1840, Virchow 1855). Uno de los principales ejemplos de universalidad en la descripción física y matemática de los procesos biológicos es la teoría de la reacción-difusión desarrollada por Turing en 1952 para explicar la formación ex nihilo de patrones como rayas o lunares en el pelaje de los animales durante su desarrollo. Esta teoría, que sigue siendo objeto de intensas investigaciones en biología del desarrollo, también puede aplicarse para describir procesos químicos, ecológicos o geológicos.

El descubrimiento paulatino de la unidad de los procesos físicos implicados en todas las células vivas ha sido uno de los principales motores del desarrollo de la biofísica. Los físicos tratan de explicar la esencia de las observaciones proponiendo teorías sintéticas. Los mayores éxitos se logran cuando varias observaciones en contextos diferentes, en organismos distintos, se vinculan a una misma explicación física.

Historia 

Algunos de los primeros estudios sobre biofísica fueron realizados en la década de 1840 por un grupo conocido como la escuela de fisiólogos de Berlín. Entre sus miembros se encontraban pioneros como Hermann von Helmholtz, Ernst Heinrich Weber, Carl F. W. Ludwig y Johannes Peter Müller. La biofísica podría remontarse incluso a los estudios de Luigi Galvani.

La popularidad de este campo aumentó cuando se publicó el libro ¿Qué es la vida? de Erwin Schrödinger. Desde 1957, los biofísicos se han organizado en la Sociedad de Biofísica (Biophysics Society), que en la actualidad cuenta con unos 9.000 miembros en todo el mundo.

Algunos autores, como Robert Rosen, critican la biofísica por considerar que el método biofísico no tiene en cuenta la especificidad de los fenómenos biológicos.

Referencias

Bibliografía

Véase también 
 Biofisicoquímica
 Biología de membranas
 Dinámica molecular
 Fisiómica
 Escuela de Biofísica Molecular
 Bioinformática
 Predicción de la estructura de las proteínas
 Química computacional
 Biología cuántica

Enlaces externos 
 Biofísica y Medicina
 Portal español de Biofísica